在現(xiàn)代汽車系統(tǒng)中，由于高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、圖形儀表、車身控制和信息娛樂系統(tǒng)的快速發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜度日益增加。為了確保這些系統(tǒng)在各種條件下都能穩(wěn)定、安全地運行，非易失性存儲器(Non-Volatile Memory, NVM)扮演了關(guān)鍵角色。非易失性存儲器在斷電或系統(tǒng)復(fù)位后仍能保留數(shù)據(jù)，這對于存儲關(guān)鍵的可執(zhí)行代碼、校準(zhǔn)參數(shù)、安全信息以及安全防護數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

市場上主流的非易失性存儲器類型

NOR Flash

NOR Flash 適用于存儲執(zhí)行代碼，提供快速的直接執(zhí)行能力，且讀取速度較快。其優(yōu)勢在于可以讓處理器直接在芯片上執(zhí)行代碼(即 XiP，eXecute In Place)，這極大地提高了系統(tǒng)的啟動速度和代碼執(zhí)行效率，無需將代碼先復(fù)制到速度更快但成本更高的 SRAM 中。然而，NOR Flash 的寫入速度相對較慢，存儲密度也相對較低，這使得它在需要大容量存儲的場景中不太適用。

NAND Flash

NAND Flash 以其高存儲密度和成本效益著稱，適合大量數(shù)據(jù)存儲。在汽車的多媒體存儲、地圖數(shù)據(jù)存儲等需要大容量存儲空間的應(yīng)用中，NAND Flash 發(fā)揮著重要作用。不過，它在訪問速度和編程 / 擦除周期上不如 NOR Flash，NAND Flash 的擦除操作通常以塊為單位，且擦寫次數(shù)有限，隨著使用次數(shù)增加，出現(xiàn)壞塊的概率會上升，需要復(fù)雜的壞塊管理機制。

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)

EEPROM 具備可多次擦寫的特性，適用于存儲小量需要頻繁更新的數(shù)據(jù)，如配置參數(shù)。其操作相對簡單，能夠在較低電壓下進行讀寫操作，并且在斷電后數(shù)據(jù)能長期保存。但 EEPROM 的存儲容量一般較小，寫入速度較慢，尤其是在進行大量數(shù)據(jù)寫入時，耗時較長，而且其擦寫壽命通常在 10 萬次左右，對于一些需要極高擦寫次數(shù)的應(yīng)用場景，可能無法滿足需求。

FRAM (Ferroelectric Random Access Memory)

FRAM 擁有高速讀寫能力和高耐用性，數(shù)據(jù)保存時間長，適合需要低功耗和高速寫入的應(yīng)用。它結(jié)合了隨機存取存儲器(RAM)的快速讀寫特性和非易失性存儲器的優(yōu)點，寫入速度比 EEPROM 快得多，幾乎可以實時存儲數(shù)據(jù)。在汽車的安全氣囊控制模塊、行車記錄儀等對數(shù)據(jù)存儲速度要求極高的場景中，F(xiàn)RAM 表現(xiàn)出色。其擦寫次數(shù)可達 100 億次以上，遠遠超過 EEPROM 和閃存，并且在低功耗方面也有出色表現(xiàn)，適用于汽車在休眠或備用電源供電時的數(shù)據(jù)存儲。

MRAM (Magnetic Random Access Memory)

MRAM 結(jié)合了 RAM 的高速讀寫和 NVM 的數(shù)據(jù)持久性。它基于磁性隧道結(jié)(MTJ)技術(shù)，通過改變磁性材料的磁矩方向來存儲數(shù)據(jù)。MRAM 具有快速的讀寫速度，接近 SRAM，同時具備非易失性，無需像 DRAM 那樣定期刷新，數(shù)據(jù)保存時間長。不過，目前 MRAM 的成本較高，限制了其在一些對成本敏感的汽車應(yīng)用中的廣泛使用，但在一些高性能、對存儲性能要求苛刻的應(yīng)用，如高端汽車的動力系統(tǒng)控制單元中具有應(yīng)用潛力。

NVSRAM (Non - Volatile Static Random Access Memory)

NVSRAM 結(jié)合了 SRAM 的高速訪問和非易失性，適用于需要快速存取且保持數(shù)據(jù)的場合。它通常通過在 SRAM 基礎(chǔ)上增加備用電源或采用特殊的存儲單元設(shè)計來實現(xiàn)非易失性。在系統(tǒng)正常運行時，NVSRAM 如同 SRAM 一樣提供高速的數(shù)據(jù)讀寫操作;當(dāng)系統(tǒng)斷電時，備用電源或特殊機制能夠?qū)?SRAM 中的數(shù)據(jù)保存下來，確保數(shù)據(jù)不丟失。這種存儲器在一些對數(shù)據(jù)實時性和可靠性要求極高的汽車應(yīng)用，如發(fā)動機控制單元的關(guān)鍵數(shù)據(jù)緩存中具有應(yīng)用價值。

選擇非易失性存儲器的關(guān)鍵因素

存儲器密度

根據(jù)系統(tǒng)的需求來決定需要多少存儲空間。例如，隨著汽車信息娛樂系統(tǒng)的功能不斷豐富，需要存儲大量的音頻、視頻文件以及地圖數(shù)據(jù)等，此時就需要高存儲密度的存儲器，如 NAND Flash。而對于一些僅需存儲少量配置參數(shù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的車身控制模塊，較小容量的 EEPROM 或 FRAM 即可滿足需求。如果選擇的存儲器密度過低，可能導(dǎo)致系統(tǒng)存儲容量不足，無法滿足未來功能擴展的需求;而選擇過高密度的存儲器，又可能造成成本浪費。

讀寫帶寬

對于需要快速加載程序或?qū)崟r處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，高讀寫速度的存儲器是必要的。比如在 ADAS 系統(tǒng)中，需要實時處理大量來自攝像頭、雷達等傳感器的數(shù)據(jù)，此時 NOR Flash 的快速讀取特性以及 FRAM 的高速寫入能力就非常重要。如果讀寫帶寬不足，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理延遲，影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和性能，在 ADAS 系統(tǒng)中甚至可能危及行車安全。

接口頻率

確保存儲器的接口速度與處理器或微控制器的接口兼容，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。不同類型的存儲器接口頻率不同，如 SPI 接口的 NOR Flash、FRAM 等，其接口頻率相對較低，適用于一些對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不是特別高的應(yīng)用;而像 HyperFlash 等采用高速接口的存儲器，則適用于對數(shù)據(jù)傳輸速度要求極高的圖形儀表等系統(tǒng)。若接口頻率不匹配，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，無法充分發(fā)揮存儲器和處理器的性能。

耐久性

根據(jù)數(shù)據(jù)更新的頻率，選擇能夠承受多次寫入 / 擦除操作的存儲器。例如，在電動汽車的電池管理系統(tǒng)中，需要頻繁記錄電池的充放電狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)，此時 FRAM 的高擦寫次數(shù)特性就使其成為理想選擇。而如果使用 EEPROM，由于其有限的擦寫壽命，可能在車輛使用壽命內(nèi)就出現(xiàn)存儲單元損壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)故障。

數(shù)據(jù)保存

在無電源的情況下，存儲器應(yīng)能長時間保持數(shù)據(jù)不丟失，這對于安全相關(guān)數(shù)據(jù)尤為重要。例如汽車的故障診斷數(shù)據(jù)、安全氣囊觸發(fā)記錄等，這些數(shù)據(jù)需要在車輛發(fā)生事故甚至斷電后仍能完整保存，以便后續(xù)分析事故原因和進行車輛維修。一般來說，主流的非易失性存儲器在正常環(huán)境下都能保證數(shù)年甚至數(shù)十年的數(shù)據(jù)保存時間，但在高溫、高濕度等惡劣環(huán)境下，不同類型存儲器的數(shù)據(jù)保存能力可能會有所差異，需要根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境進行選擇。

電源模式管理

在汽車系統(tǒng)中，電源管理是關(guān)鍵，因此存儲器應(yīng)支持低功耗模式，以適應(yīng)不同工作狀態(tài)。汽車在行駛過程中、停車熄火但電氣系統(tǒng)待機以及長時間停放等不同狀態(tài)下，對功耗的要求不同。例如，在汽車長時間停放時，為了避免電池電量過度消耗，整個電氣系統(tǒng)會進入低功耗休眠模式，此時存儲器也需要進入相應(yīng)的低功耗模式，僅消耗極少的電量來維持數(shù)據(jù)存儲。像 FRAM 和 NVSRAM 在低功耗模式下表現(xiàn)出色，能夠滿足汽車電源管理的要求。

總結(jié)

選擇汽車系統(tǒng)中的非易失性存儲器是一個綜合考慮系統(tǒng)需求、性能指標(biāo)和成本效益的過程。設(shè)計者必須根據(jù)應(yīng)用的具體要求，比如實時性、數(shù)據(jù)安全性、系統(tǒng)復(fù)雜性和生命周期成本，來選取最合適的存儲解決方案。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，對非易失性存儲器的性能要求也將不斷提高，新的存儲器技術(shù)和產(chǎn)品也將不斷涌現(xiàn)，工程師們需要持續(xù)關(guān)注行業(yè)動態(tài)，以便為汽車系統(tǒng)選擇最先進、最適用的非易失性存儲器，推動汽車電子系統(tǒng)的不斷進步和創(chuàng)新。